メチルトランスフェラーゼ様21C（METTL21C）は、筋肉組織内のLys-943でアラニンtRNA合成酵素をメチル化する

Methyltransferase-like 21C (METTL21C) methylates alanine tRNA synthetase at Lys-943 in muscle tissue.

• Muhammad Zoabi
• Lichao Zhang
• Tie-Mei Li
• Josh E Elias
• Scott M Carlson
• Or Gozani

抄録

タンパク質リジンメチル化は、ヒトのプロテオーム全体に共通する翻訳後修飾（PTM）であり、多様な生物学的プロセスにおいて重要な役割を果たしています。ヒトでは、100以上の既知および候補のタンパク質リジンメチル化酵素（PKMT）が存在し、その多くはヒトの疾患に関連している。メチルトランスフェラーゼ様タンパク質21C（METTL21C）は、筋肉生物学に関与するPKMTであり、バロシン含有タンパク質/p97（VCP）やヒートショック70kDaタンパク質8（HSPA8）をメチル化することが報告されています。しかし、METTL21Cのin vitroでの明確なメチル化酵素活性はまだ実証されておらず、また、METTL21Cがin vivoで基質を直接メチル化する活性酵素であるかどうかは不明である。ここで、我々は、アラニン-tRNA合成酵素1(AARS1)がMETTL21Cの直接基質であることを確認した。その結果、METTL21CがAARS1のLys-943（AARS1-K943me）のメチル化を触媒することをin vitroおよびin vivoで発見しました。インビトロでMETTL21Cが介在するAARS1のメチル化は、ATPやtRNA分子に依存しなかった。AARS1の場合とは異なり、以前の報告と矛盾するが、VCPおよびHSPA8のMETTL21Cメチル化は検出されなかった。HEK293T細胞におけるAARS1-K943のメチル化はMETTL21Cレベルに依存していた。最後に、METTL2Cはほぼ独占的に筋肉組織で発現しており、それに応じて、マウス骨格筋組織でのAARS1のMETTL21C触媒によるメチル化を検出した。これらの結果は、AARS1がMETTL21Cのin vitroでの善意の基質であることを明らかにし、筋肉組織におけるタンパク質合成の制御におけるMETTL21C-AARS1軸の役割を示唆しています。さらに、我々の研究は、あまり特徴づけられていないまたは特徴づけられていないPKMTの生理学的基質を解明するための簡単なプロトコルを記述している。

Protein lysine methylation is a common posttranslational modification (PTM) throughout the human proteome that plays important roles in diverse biological processes. In humans, there are >100 known and candidate protein lysine methyltransferases (PKMTs), many of which are linked to human diseases. Methyltransferase-like protein 21C (METTL21C) is a PKMT implicated in muscle biology that has been reported to methylate valosin-containing protein/p97 (VCP) and heat shock 70kDa protein 8 (HSPA8). However, a clear in vitro methyltransferase activity for METTL21C remains yet to be demonstrated, and whether it is an active enzyme that directly methylates substrate/s in vivo is unclear. Here, we used an unbiased biochemistry-based screening assay coupled to MS, which identified alanine-tRNA-synthetase 1 (AARS1) as a direct substrate of METTL21C. We found that METTL21C catalyzes methylation of Lys-943 of AARS1 (AARS1-K943me) both in vitro and in vivo. In vitro METTL21C-mediated AARS1 methylation was independent of ATP or tRNA molecules. Unlike for AARS1, and in conflict with previous reports, we did not detect METTL21C methylation of VCP and HSPA8. AARS1-K943 methylation in HEK293T cells is dependent upon METTL21C levels. Finally, METTL2C was almost exclusively expressed in muscle tissue, and, accordingly, we detected METTL21C-catalyzed methylation of AARS1 in mouse skeletal muscle tissue. These results reveal that AARS1 is a bona fide in vitro substrate of METTL21C and suggest a role for the METTL21C-AARS1 axis in the regulation of protein synthesis in muscle tissue. Moreover, our study describes a straightforward protocol for elucidating the physiological substrates of poorly characterized or uncharacterized PKMTs.

Published under license by The American Society for Biochemistry and Molecular Biology, Inc.